CGM第514期：蚂蚁适应性辐射与社会性演化的遗传基础

动物的社会性（Sociality）是一个复杂的生物学概念，长期以来难以精确量化。传统研究往往只能将其粗略描述为“简单”或“复杂”，因为社会组织和社会行为由多种生物学性状共同构成。通过考察这些性状的演化历史，我们能够揭示不同性状在物种分化过程中的关联性及其协同演化的证据。

生物社会性是一种革命性的复杂性状，其发展显著提升了群体的生产效率和繁殖效率。以蚂蚁为例，蚁后（Queen）在演化过程中突破了繁殖力与寿命之间的传统权衡，使其既能保持高繁殖率，又能具备较长的寿命。蚁后与工蚁的角色分化及劳动分工最终促成了蚂蚁在生态系统中的巨大成功。目前已知的蚂蚁物种数量至少达到15,000种，它们在全球范围内广泛分布，并在生物量上占据主导地位。然而，社会性演化的遗传机制尚不清楚。

我们通过大规模基因组分析，揭示了蚂蚁社会性演化（Social evolution）的遗传基础。从基因组结构演化的角度来看，蚂蚁社会性演化与基因组结构的动态变化密切相关。关键的保守信号通路，如保幼激素、胰岛素和MAPK通路，在调控蚁后与工蚁的分化中发挥核心作用。我们对比了蚂蚁的两个主要演化分支：社会结构相对简单的刺蚁类（Poneroids）和高度社会化的蚁类（Formicoids）（后者占据了蚂蚁物种的90%以上）。结果显示，蚁类（Formicoids）祖先在涉及繁殖、代谢和脑发育的关键基因上经历了快速适应性进化，这一过程驱动了其社会复杂性的快速提升和物种的大规模辐射。从基因演化的角度来看，我们发现协同演化的性状（如群体规模、品级分化和信息素觅食行为）往往受到相同基因的调控，或由基因的多效性（pleiotropy）驱动多个性状的共同演变。这些基因通常富集于同一基因调控网络中，形成模块化的调控结构，与生物学性状的模块化演化特征相一致。我们的研究成果为理解生物社会性进化及其复杂性状演变的机制提供了重要的理论框架。